Amplificatoarele optice sunt o tehnologie folosită pentru amplificarea semnalelor luminoase, numite și semnale optice. Un amplificator optic amplifică un semnal optic direct, fără a-l converti într-o altă formă intermediară. Acest lucru îl deosebește de un alt tip de dispozitiv, numit regenerator sau repetor, care stimulează un semnal optic de intrare, transformându-l în electricitate și apoi generând un nou semnal optic. Tehnologia amplificatoarelor optice stimulează semnalele optice în dispozitive precum laserele și cablurile cu fibră optică și este importantă pentru aplicații precum telecomunicațiile.
Cea mai comună metodă de amplificare, care exploatează același fenomen folosit la laserele pompate optic, este emisia stimulată. Fiecare amplificator optic care utilizează această metodă conține un mediu fizic care poate amplifica lumina primită, numit mediu de câștig. Când mediul de câștig primește energie optică de intrare, un proces numit pomparea mediului de câștig, fotonii de lumină care intră sunt absorbiți temporar și excită unii dintre electronii mediului la niveluri de energie mai înalte. Acești electroni scad apoi rapid înapoi la nivelul lor inițial. Când o fac, energia pe care o pierd este eliberată sub formă de fotoni, amplificând semnalul original. Dacă este necesară o amplificare foarte mare, mai multe amplificatoare pot fi înlănțuite, astfel încât semnalul optic să poată trece prin fiecare dintre ele în secvență.
Multe substanțe diferite pot fi utilizate ca medii de câștig într-un amplificator optic, în funcție de puterea optică, lungimea de undă și alte caracteristici dorite pentru un anumit dispozitiv. Cel mai comun mediu de câștig pentru amplificatoarele optice este dioxidul de siliciu dopat cu cantități mici de elemente de pământuri rare, cum ar fi erbiul și iterbiul. Se pot folosi și alte medii de câștig, cum ar fi semiconductori sau cristale de granat de ytriu aluminiu.
Un tip de amplificator numit amplificator Raman stimulează semnalele optice prin exploatarea unui fenomen numit împrăștiere Raman. Când lumina care intră în contact cu materia, fotonii care nu sunt absorbiți sunt împrăștiați în direcții diferite. Marea majoritate dintre ele păstrează aceeași lungime de undă și frecvență ca înainte. Un procent foarte mic dintre aceștia, care au schimbat energie cu particulele de materie datorită energiei vibraționale a acestor particule, nu o fac.
Exploatarea acestui lucru pentru amplificarea optică implică două surse de lumină, un laser cu pompă de înaltă frecvență și o sursă de lumină cu frecvență mai joasă, cu lungime de undă mai mare, dintr-o fibră optică care transportă de fapt semnalul. Mediul de câștig dintr-un amplificator Raman este pompat cu lumină de înaltă frecvență de la un laser cu pompă, excitând particulele mediului și crescând energia lor de vibrație pentru a stimula împrăștierea Raman. Pe măsură ce fotonii cu lungime de undă mai mare ai semnalului optic trec prin mediu, semnalul câștigă energie în detrimentul fasciculului pompei și este amplificat. Această metodă este utilizată în principal în tehnologia telecomunicațiilor pentru a spori semnalele la distanță lungă trimise prin cabluri de fibră optică.